DE3135920A1

DE3135920A1 - "vorrichtung zum herstellen von metallpulver"

Info

Publication number: DE3135920A1
Application number: DE19813135920
Authority: DE
Inventors: Charles Clark 33458 Jupiter Fla. Thompson
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1980-09-19
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1982-04-15
Also published as: US4284394A; CA1157609A; FR2490517A1; BE890431A; IL63795A; GB2084198A; SE8105472L; FR2490517B1; JPS5785906A; DK386081A; JPH0133521B2; DE3135920C2; BR8105852A; NL8104301A; GB2084198B; NO813130L

Description

Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver

Die Erfindung bezieht sich auf das Herstellen von Metallpulvern, die mit hohen Geschwindigkeiten abgekühlt werden, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Herstellen von
Metallpulver.

Es ist bekannt, Metallpulver herzustellen, indem schmelzflüssiges Metall auf einen schnell rotierenden Teller gegossen
wird, der Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls in einer im wesentlichen horizontalen Ebene durch konzentrische ringförmige Kühlfluidschleier, die den schnell rotierenden Teller umgeben, nach außen in eine Abschreckkammer schleudert. Die
Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls werden, wenn sie von dem

Teller heruntergeschleudert werden und durch das Kühlfluid hindurchgehen, sehr schnell abgekühlt, wobei Metallteilchen gebildet werden. Die Wärme, die von den erstarrenden Teilchen bei deren Bewegung von dem Rand des rotierenden Tellers radial nach außen freigesetzt wird, ist eine Funktion des Materials, das verarbeitet wird, der Metallüberhitzung, der durch den rotierenden Teller erzeugten Teilchengrößenverteilung und der Teilchenradialgeschwindigkeit. Im allgemeinen ist der freigesetzte Wärmefluß in der Nähe des rotierenden Tellers am größten und nimmt mit zunehmendem Radius exponentiell ab. Zum Minimieren des Kühlgasdurchsatzes bei einem bestimmten zulässigen Kühlfluidtemperaturanstieg sollte sich der Massenfluß des Kühlfluids radial auf dieselbe Weise wie der von den Teilchen freigesetzte Wärmefluß verändern. Bei bekannten Vorrichtungen wird das Kühlfluid in mehreren konzentrischen, sich vertikal bewegenden Ringzonen eingeleitet, die jeweils ein anderes Massenflußprofil haben, so daß das radiale Profil des von den Teilchen freigesetzten Wärmeflusr ses stufenweise ungefähr angeglichen wird.

Zwei Patentschriften, die den Stand der Technik veranschaulichen, sind die ÜS-PSen 4 053 264 und 4 078 873. Gemäß diesen beiden Patentschriften haben drei gesonderte ringförmige Kühlfluidverteiler zugeordnete Düsenvorrichtungen, die das Kühlfluid in einem gewünschten Muster abwärts in die Abschreckkammer um den rotierenden Teller leiten. Die Steuerung des Kühlfluiddurchsatzes erfolgt zum Teil durch Steuern der Fluiddrücke innerhalb der einzelnen ringförmigen Verteiler. Konzentrische ringförmige Düsen und Ringe von kreisförmigen Dosierlöchern werden benutzt, um drei radiale Zonen unterschiedlichen Massenflusses zu erzeugen, die die erforderlichen radialen Wärmeflußveränderungen annähern. Hohe Durchsätze und Druckabfälle an den Dosierlöchern und ringförmigen Düsen sind erforderlich, um die erwünschte Radial- und Umfangssteuerung des Massenflusses zu erzielen und eine turbu-

lente Vermischung der Fluiddurchströmungen benachbarter Düsen zu gewährleisten, so daß ein angemessen gleichmäßiger Schleier von Gas den Teilchenweg kreuzt und sich eine gute Abkühlung ergibt.

Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen arbeiten zufriedenstellend, wenn große Mengen an Kühlfluid bei hohen Drükken ständig verfügbar sind. Zum Einsparen von Kühlmittel, um dadurch die Wirtschaftlichkeit des Pulverherstellungsprozesses zu verbessern, ist ein als geschlossener Kreislauf ausgebildetes Kühlfluidsystem äußerst erwünscht; ein solches System erfordert jedoch Durchsätze und Druckverluste, die beträchtlich kleiner sind als diejenigen, die im Stand der Technik erforderlich sind, wodurch die Kühlgasverteilung und -steuerung schwierig werden. Die einfachen axial durchströmten Löcher und ringförmigen Düsen im Stand der Technik sind für mit geringem Druckabfall arbeitende Systeme unzulänglich, weil Fluid, das mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten durch diese Löcher strömt, keine ausreichende kinetische Energie und Turbulenz hat, um die Bereiche zwischen den Löchern und Düsen auszufüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver durch schnelle Erstarrung von Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls zu schaffen, in der vorbestimmte Kühlfluidzonen erzeugt werden.

Die Erfindung schafft ein Niederdruckkühlfluidsystem für eine Schnellerstarrungsmetallpulverherstellvorrichtung, indem ein einzelner, unter Druck gesetzter Verteiler das Kühlfluid mehreren Düsen zuführt, die das gewünschte Muster der Kühlfluidströmung erzeugen.

Weiter schafft die Erfindung eine verbesserte Kühlfluidströmungsvorrichtung für ein mit hoher Erstarrungsgeschwindigkeit

arbeitendes Metallpulverherstellungssystem, wobei die Kühlfluidströmungsvorrichtung bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten mit niedrigen Druckverlusten und in einem als geschlossener Kreislauf ausgebildeten Kühlfluidsystern wirksam arbeitet.

In der Vorrichtung nach der Erfindung zum Herstellen von Metallpulver durch schnelle Erstarrung schmelzflüssiger Metallteilchen, die von einem rotierenden Teller aus durch vertikale Kühlfluidzonen hindurch in eine Abschreckkammer geschleudert werden, tritt das Kühlfluid in die Kammer aus mehreren zylindrischen Rohren ein, die jeweils einen Auslaß haben, der in die Abschreckkammer mündet, und einen Einlaß, der innerhalb eines Kühlfluidverteilersangeordnet ist, wobei jedes Rohr Vorrichtungen aufweist zum Erzeugen einer Kühlfluidwirbelströmung innerhalb des Rohres, die aus dessen Auslaß als ein sich erweiternder Kegel wirbelnden Fluids austritt.

In einer Ausführungsform stehen sämtliche Rohreinlässe mit einem gemeinsamen Kühlfluidverteiler in Verbindung. Die Rohre befinden sich auf dem Umfang von in geeignetem gegenseitigen Abstand angeordneten konzentrischen Kreisen, und ihre Kegel wirbelnden Kühlfluids schneiden einander in der Abschreckkammer in einer relativ kurzen Entfernung unterhalb der Rohrauslässe, wodurch ununterbrochene Ringzonen der Kühlfluidströmung gebildet werden, die sich um den rotierenden Teller herum abwärts durch die Abschreckkammer bewegt.

Die Rohreinlässe sind vorzugsweise Schlitze in der Rohrwand, die im wesentlichen tangential zu der zylindrischen Rohrinnenwandfläche sind. Diese Einlasse ergeben die Wirbelströmung des Fluids innerhalb des Rohres. Der Schlitzquerschnitt, der im allgemeinen kleiner als die Querschnittsfläche des Rohres ist, steuert den Druckabfall und den Fluiddurchsatz in dem Rohr von dem Kühlfluidverteiler zu der Abschreckkam-

mer. Richtig bemessene Rohre und Schlitze ergeben eine sich erweiternde konische Wirbelströmung von jedem Rohrauslaß aus mit einem relativ niedrigen Druckabfall.

Aufgrund der Erfindung können somit niedrige Fluidströmungsgeschwindigkeiten oder -durchsätze und kleine Druckabfälle in den Rohren benutzt werden, da die turbulente Strömung aus den Rohrauslässen nicht die Lücken zwischen den benachbarten Rohren ausfüllen muß. Ein gemeinsamer Kühlfluidverteiler kann für die gesamte Vorrichtung benutzt werden, da die genaue Steuerung des Druckabfalls in jedem Rohr durch geeignetes Dimensionieren der Rohreinlaßschlitze erfolgt. Der Halbkegelwinkel des aus den Rohren austretenden Fluids steht in direkter Beziehung zu dem Verhältnis des Einlaßschlitzquerschnitts zu dem Rohrquerschnitt und kann deshalb leicht ermittelt und so vorgewählt werden, daß der vertikale Ort, wo sich die Kegel schneiden, gut abgeschätzt und der korrekte Rohrabstand leicht ermittelt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 (Fig. 1A und 1B) eine Längsschnittan

sicht einer Metallpulverherstellvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2

von Fig. 1A,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 von

Fig. 2,

Fig. 4 eine Querschnittansicht nach der Linie

4-4 von Fig. 3 und

Fig. 5 ein Schema, das die Erzeugung von Kühl-

fluidzonen durch die Vorrichtung nach der Erfindung zeigt.

Gemäß Fig. 1A hat die Schnellerstarrungsmetallpulverherstellvorrichtung ein Gehäuse 10 mit einem abnehmbaren Deckel 11, der Zugang zu dem Innern des Gehäuses gestattet. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Verteiler 12 angeordnet. Der Verteiler 12 enthält eine kreisförmige Düsenplatte 14, deren Aussenumfang 16 in dichter Anlage an einer zylindrischen Seitenwand 18 des Gehäuses 10 ist, wodurch das Gehäuse in eine obere Kammer 20 und eine untere Abschreckkammer 22 unterteilt wird. Der Verteiler 12 hat außerdem eine obere kreisförmige Platte 24 und eine zylindrische Seitenwand 26, die zusammen mit der unteren Düsenplatte 14 einen Kühlfluidverteilraum begrenzt. Vier Kühlfluidzufuhrleitungen 30, die gleichabständig auf dem Umfang der Wand 26 angeordnet sind, führen dem Verteilraum 28 Kühlfluid, bei dem es sich typischerweise um Heliumgas handelt, aus einer das Gehäuse 10 umgebenden Ringleitung 32 zu.

Innerhalb der oberen Kammer 20 des Gehäuses 10 ist ein Gießbehälter 34 angeordnet, der eine Düse 35 hat. Der Gießbehälter wird durch die obere Platte 24 des Verteilers 12 abgestützt. Der Gießbehälter wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung erhitzt, bei der es sich beispielsweise um die in den oben erwähnten US-PSen 4 053 264 und 4 078 873 beschriebene handeln kann. Außerdem ist Inder oberen Kammer 20 ein Schmelzofen 36 angeordnet, der innerhalb des Gehäuses 10 durch eine nicht dargestellte Vorrichtung abgestützt ist und zum Eingießen von schmelzflüssigem Metall in den Gießbehälter 34 dient. Weder der Gießbehälter noch der Schmelzofen oder die Vorrichtung zum drehbaren Lagern des Schmelzofens

werden als neue Merkmale der Erfindung betrachtet. Sie können beispielsweise gemäß den Angaben in den vorerwähnten US-PSen 4 053 264 und 4 078 873 ausgebildet sein, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird.

Ein schalenförmiger Drehteller 38 mit einem Rand 39 ist in der Abschreckkammer 22 direkt unterhalb der Gießbehälterdüse 35 drehbar gelagert und empfängt schmelzflüssiges Metall aus dem Ofen 36. Der Drehteller ist am oberen Ende eines aufrechten Ständers 40 gelagert und wird durch eine nicht dargestellte Luftturbine, die innerhalb des Ständers 40 angeordnet ist, in Drehung versetzt. Rohre 42, die am unteren Ende des Ständers 40 dargestellt sind, führen Energie zum Antreiben der Turbine und Kühlfluid zum Kühlen des Drehtellers zu. Streben 44 tragen und positionieren den Ständer 40 innerhalb eines trichterartigen Hohlraums 45 im unteren Ende des Gehäuses 10. Der Drehteller, die Luftturbine zum Drehen des Tellers und die Vorrichtung zum Kühlen des Tellers werden nicht als neue Merkmale der Erfindung angesehen.

Innerhalb des Sammelraums 28 sind mehrere vertikal ausgerichtete Wirbelrohre 46 mit Schlitzen 47 (Fig. 3) in ihren Wänden 48, die eine Gasverbindung von dem Sammelraum 28 zu dem Innern der Rohre herstellen, angeordnet. In dieser Ausführungsform erstrecken sich die Rohre zwischen der oberen und der unteren Vertexlerplatte 24 bzw. 14 und sind in einem Muster von fünf konzentrischen Kreisen angeordnet, die einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Achse des Drehtellers 38 haben, wie es am besten in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Kreise sind vom größten zum kleinsten mit a, b, c, d bzw. e bezeichnet. Die Anordnung der Rohre in konzentrischen Kreisen oder Ringen wird zwar bevorzugt, im Rahmen der Erfindung können jedoch auch andere Anordnungen das erwünschte Kühlfluidströmungsmuster ergeben.

Das obere Ende 50 jedes Rohres ist in ein kreisförmiges Durchgangsloch 51 der Platte 24 eingeschweißt. Die Schweißung bildet eine Dichtung um das Rohr herum zwischen der oberen Kammer 20 und dem Verteilraum 28. Ebenso ist das untere Ende 52 jedes Rohres 46 an seinem Umfang in ein Durchgangsloch 54 der Düsenplatte 14 eingeschweißt. Die Schweißung bildet eine Dichtung um das Rohr herum zwischen dem Verteilraum 28 und der Abschreckkammer 22. Der Auslaß 56 jedes Rohres 46 mündet in die Abschreckkammer 22 und ist in der hier beschriebenen Ausführungsform mit der unteren Fläche 58 der Düsenplatte 14 im wesentlichen bündig. Ein Stopfen 60, der in dem oberen Ende 50 des Rohres 46 angeordnet ist, bildet eine Abdichtung zwischen der oberen Kammer 20 und dem Innern des Rohres 46 unterhalb des Stopfens 60. Er ist leicht entfernbar, um das Reinigen der Rohre zu erleichtern. Eine ausführlichere Erläuterung der Arbeitsweise und des Aufbaus des Verteilers 12 und der Wirbelrohre 46 ist im folgenden angegeben.

In der hier beschriebenen Ausführungsform ist das Kühlfluidsystem als ein Umlaufsystem in Form eines geschlossenen Kreislaufs ausgebildet, indem das Kühlfluid Heliumgas ist. Der Verteilraum 28 ist eine gemeinsame Druckquelle und die Abschreckkammer 22 ist ein gemeinsamer Druckverbraucher für sämtliche Rohre. Der Druckabfall, der in jedem Rohr von dessen Einlaß bis zu dessen Auslaß auftritt, ist deshalb derselbe, und der Durchsatz in jedem Rohr wird leicht durch die Rohreinlaß- und -auslaßquerschnitte gesteuert. Eine komplizierte Ventil- und Druckregelausrüstung, die im Stand der Technik erforderlich ist, um die Durchsätze mehrerer Düsen zu steuern, welche unterschiedlichen Sammelräumen zugeordnet sind, ist deshalb bei der Erfindung nicht erforderlich.

Gemäß den Fig. 1A und 1B tritt das Heliumgas in den Verteilraum 28 über die Versorgungsleitungen 30 ein, gelangt über die Schlitze 47 in jedes der Wirbelrohre 46, tritt in die

Abschreckkammer 22 über die Rohrauslässe 56 ein und verläßt die Abschreckkammer 22 (zusammen mit während des Prozesses gebildeten Pulvermetallteilchen) über einen Auslaß 68 am unteren Ende des Gehäuses 10, der mit einer Auslaßleitung 70 verbunden ist. Die Auslaßleitung 70 ist mit einer Gruppe von Teilchenabscheidern verbunden, die parallel geschaltet und durch einen Block 72 dargestellt sind. Diese Abscheider entfernen die Metallteilchen aus dem Heliumgasstrom und lagern sie in einem Teilchensammler 74 ab, der durch ein Absperrventil 76 für Pulvertransportzwecke abgesperrt werden kann.

Teilchenfreies Gas gelangt von den Abscheidern 72 über eine Leitung 78 in einen ersten Wärmetauscher 80, der die Wärmeenergie entzieht, welche durch die heißen Teilchen auf das Gas übertragen worden ist, so daß die Einlaßtemperatür an der nachgeschalteten Einheit 82 aus Heliumkompressor und Umwälzpumpe unter normalen Betriebsbedingungen 29 ⁰C bis 32 ⁰C. beträgt. Der in der Einheit 82 enthaltene Kompressor lädt das Kühlgas auf dessen gewünschten Betriebsdruck auf, und dieses komprimierte Gas wird einem zweiten Wärmetauscher 84 zugeführt, der die Kompressionswärme entzieht und die Gastemperatur auf einen Wert zwischen 26 ⁰C und 29 ⁰C verringert, bevor das Gas der Ringleitung 32 über eine Leitung 86 zugeführt wird.

Ein besseres Verständnis der Arbeitsweise und des Aufbaus der Wirbelrohre 46 ergibt sich unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver ist es erforderlich, daß das Kühlgas aus jedem Rohr 46 in die Abschreckkammer 22 als ein expandierender Wirbelkegel 100 eintritt, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Das wird erreicht, indem eine Wirbelströmung des Gases innerhalb jedes Rohres erzeugt wird. In der hier beschriebenen Ausführungsform haben die Rohre 46 jeweils ein oder zwei Paare

diametral entgegengesetzter, vertikal langestreckter, rechteckiger Schlitze mit einer Höhe H und einer Breite W. Die Rohre 46 in den Kreisen a, b und c haben jeweils zwei Paare, während die Rohre 46 in den Kreisen d und.e jeweils ein Paar haben. In den Fig. 3 und 4 stammt das linke Rohr 46 aus dem Kreis c und hat zwei Paare von Schlitzen, die mit 47A bzw. 47B bezeichnet sind. Das Rohr auf der rechten Seite stammt aus dem Kreis d und hat ein Paar Schlitze 47C. Gemäß Fig. 4 hat jeder Schlitz zwei parallele Seitenwände 102, 104, wobei eine der Seitenwände 104 jedes Schlitzes zu der zylindrischen Innenwandfläche 106 des Rohres 46 im wesentlichen tangential ist. Kühlgas, daß in das Rohr aus dem Verteilraum 28 eintritt, wird daher im wesentlichen tangential zu der Wandfläche 106 gerichtet und erzeugt die gewünschte Wirbelströmung innerhalb des Rohres.

Ein Kegel des beschriebenen Typs, der an dem Auslaß 56 gebildet wird, ist eine Funktion 1) der Tangentialgeschwindigkeit der in die Schlitze 47 eintretenden Strömung, gemessen an der Wandfläche 106; 2) der Axialgeschwindigkeit der Strömung, die das Verhältnis des Volumendurchsatzes zum Querschnitt des Auslasses 56 ist; und 3) des Verhältnisses der wirksamen Rohrlänge L zu dem Rohrinnendurchmesser D, wobei die wirksame Rohrlänge L der axiale Abstand von dem Rohrauslaß zu dem unteren Ende des Schlitzes ist. Bei Rohren mit den Größen, die bei einem Ausführungsbeispiel benutzt worden sind, beeinflußt die Länge des Rohres vom oberen Ende des Schlitzes 47 zu dem Stopfen 60 die Geschwindigkeit oder die Art, auf die das Kühlfluid durch das Rohr strömt, nicht wesentlich. Wenn sie es jedoch täte, könnte ihr Einfluß beseitigt werden, indem der Stopfen 60 am oberen Ende des Schlitzes 47 angeordnet würde.

Für kleine Verhältnisse von L/D, beispielsweise von weniger als 5,0, lautet eine eng angenäherte Gleichung zum Bestimmen

des Halbkegelwinkels φ des Kegels 100 des wirbelnden Gases:

-1 A

A ist die Summe der Querschnittsflächen der Rohrschlitze,

wobei der Querschnitt jedes Schlitzes in einer zu den Schlitzwandflächen 102, 104 rechtwinkeligen und zu der Rohrachse parallelen Ebene gemessen wird. A. ist die Innenquerschnittsflache des Rohres 46 rechtwinkelig zu dessen Achse. Für benachbarte Rohre von bekannter Geometrie kann der Abstand unter ihren Auslässen, in welchem ihre Kühlgaskegel einander schneiden, leicht vorhergesagt oder zumindest eng angenähert werden. Eine ausführlichere Beschreibung der Ausströmung aus dem Auslaß eines zylindrischen Wirbelrohres findet sich in der Druckschrift "Experimental Investigation of the Structure of Vortices in Simple Cylindrical Vortex Chamber" von Donaldson und Snedeker, Aero. Res. Associates von Princeton, Report Nr. 47, Dezember 1962.

Die hier beschriebene Vorrichtung dient, wie weiter oben erläutert , zum Herstellen von Metallpulver durch schnelles Erstarren von Tröpfchen schmelzflüssigen Metalls. Die Tröpfchen werden gebildet, indem schmelzflüssiges Metall auf einen rotierenden Teller gegossen wird, der das Metall in einer im wesentlichen horizontalen Ebene ungefähr parallel zu der Ebene des Tellerrandes radial nach außen schleudert. Die Tröpfchen gehen durch den Teller umgebendes Kühlfluid hindurch und werden mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, die durch den Massenfluß des Kühlgases, durch das sie hindurchgehen, festgelegt wird, welcher sich vorzugsweise radial auf dieselbe Weise wie der von den Teilchen freigesetzte Wärmefluß verändert. In jedem Fall wird bei der hier beschriebenen Vorrichtung die Abkühlungsgeschwindigkeit durch die Anzahl, die Größe, den Aufbau und die Lage der Wirbelrohre bestimmt. Für das Muster der

Kühlgasströmung aus den Rohren in die Abschreckkammer ist es wichtig, daß in der Ebene der sich bewegenden Metalltröpfchen im wesentlichen dieselbe Gasströmung an demselben radialen Ort auf 360° um den Teller vorhanden ist. Andernfalls werden verschiedene Teilchen verschiedenen Abkühlungsgeschwindigkeiten ausgesetzt sein und gleiche Teilchen derselben Größe werden unterschiedliche Eigenschaften haben.

Bei der hier beschriebenen Vorrichtung bildet die Strömung aus jedem Wirbelrohr sich nach unten erweiternde Kegel. Lücken sind zwischen benachbarten Kegeln oberhalb des Punktes vorhanden, wo sich die Kegel schneiden. Es ist daher erforderlich, daß die Rohre, die auf demselben Kreis a, b, c, d oder e angeordnet sind, einen derartigen gegenseitigen Abstand haben, daß die Kegel von benachbarten Rohren einander in einem Punkt oberhalb der Ebene schneiden, in welcher sich die Metalltröpfchen bewegen, welche ungefähr die Ebene des Drehtellers 38 ist. Unterhalb dieses Schnittpunktes bilden die Kegel einen durchgehenden/ sich vertikal bewegenden Kreisring oder Ringschleier von Kühlmittel, durch den die Metalltröpfchen hindurchgehen müssen. Ebenso sollte der Abstand zwischen den konzentrischen Ringen a, b, c, d und e der Rohre so sein, daß die Kegel, die von benachbarten konzentrischen Ringen ausgehen, sich ebenfalls oberhalb der Ebene schneiden, in welcher sich die Tröpfchen bewegen, um jedwede Lücken in der Kühlgasströmung zwischen den konzentrischen Kreisringen des Kühlmittels zu vermeiden. Wenn der Kegel wirbelnden Fluids aus jedem Rohr die Kegel aus sämtlichen benachbarten umgebenden Rohren in einem Punkt schneidet, dessen rechtwinkeliger Abstand von der Ebene der Rohrauslässe kleiner ist als der rechtwinkelige Abstand von dem Teller zu der Ebene der Rohrauslässe, werden also keine Lücken in der Fluidströmung in der Ebene der Bewegung der Metallteilchen vorhanden sein.

- yT-

Vorstehende Darlegungen lassen sich am besten anhand der Fig. 3 und 5 veranschaulichen, wo sich die durch die Rohre auf den beiden äußersten konzentrischen Kreisen a und b erzeugten Kegel auf dem Umfang eines Kreises AB schneiden. Ebenso schneiden sich die durch die Rohre auf den beiden Kreisen b und c erzeugten Kegel auf dem Umfang eines Kreises BC, und die durch die Rohre auf den Kreisen c und d erzeugten Kegel schneiden sich auf einem Kreis CD. Die Rohre auf jedem Kreis a, b, c, d und e können so ausgebildet werden und der Durchmesser dieser Kreise kann so gewählt werden, daß die Schnittkreise AB, BC und CD einen vorgewählten Durchmesser haben und daß die Ebenen dieser.Kreise in einem vorgewählten Abstand (X-/ X2 bzw. Xo) unter den Rohrauslässen 56 angeordnet sind. Weiter ist es möglich, die Rohre so auszubilden, zu bemessen und anzuordnen, daß die Ebenen von einigen oder von sämtlichen Schnittkreisen in demselben Abstand (d.h. X₁=X₂=X₃) unter den Rohrauslässen 56 angeordnet sind, obgleich das nicht erforderlich ist. Erforderlich ist jedoch, daß sich die Kegel oberhalb der Bewegungsbahn der schmelzflüssigen Teilchen schneiden, die von dem rotierenden Drehteller 38 radial heruntergeschleudert werden.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden ringförmige Kühlfluidzonen (die in Fig. 5 mit I, II, III und IV bezeichnet sind) zwischen den benachbarten Schnittkreisen erzeugt. (Die Zone IV wird in diesem Ausführungsbeispiel als eine Kombination der Kühlfluidströmung aus den Rohren auf den Kreisen d und e angesehen, die sehr eng benachbart sind.) Die schmelzflüssigen Metallteilchen müssen durch jede dieser Zonen hindurchgehen, wenn sie sich abkühlen. Die Abkühlungsgeschwindigkeit in jeder Zone wird durch die Anzahl der Rohre in jeder Zone und durch den Kühlfluiddurchsatz jedes der einzelnen Rohre gesteuert. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Rohre in jedem einzelnen Kreis a, b, c, d und e gleich, die Rohre können aber von Kreis zu Kreis verschieden sein.

yr- -Λ6 -

Tabelle I gibt Abmessungsdaten und Prozeßdaten für die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung an. Die Daten in Tabelle I gelten für einen Gesamtheliumdurchsatz von 454 g/s, eine Heliumtemperatur von 26,7 ⁰C in dem Verteilraum und einen konstanten Verteilraumdruck von 1,24 bar. Der Druckverlust für das gesamte, als geschlossener Kreislauf ausgebildete System beträgt nur etwa 0,17 bar. Der Druckverlust von der Zufuhrleitung 30 zu der Abschreckkammer 22 beträgt nur 0,06 bar. Zu Vergleichszwecken sei angegeben, daß bei einem System, wie es in der US-PS 4 078 873 beschrieben ist, ein Heliumdurchsatz von 454 g/s benutzt wird und der Gesamtdruckverlust 0,68 bar beträgt.

Tabelle I

Parameter	Zone I	Zone II	Zone III	Zone IV

Äußere Zone Radius (cm)	16	32	48	64
Zahl der Rohre	20	20	30	30
Schlitzbreite W (mm)	2,71	3,37	3,86	3,25
Schlitzhöhe H (mm)	24,33	.23,90	15,34	12,85
Rohrinnendurch messer (mm)	21 ,74	26,92	15,41	12,95
L/D	3,27	3,16	3,05	3,05
V^As	1,43	1 ,82	1 ,67	1 ,67
Durchsatz pro Rohr (g/s)	7,03	8,48	2,81	1,99
Axialgeschwindig keit (m/s)	111	81	82	82
Tangentialge schwindigkeit (m/s)	146	147,5	137,5	136,5
Kegelhalbwinkel φ (Grad)	55	61	59	59

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Es sei angemerkt, daß das Verhältnis L/D für alle Rohre gleich ist. Außerdem ist das Verhältnis A,/A für die Rohre nicht zu verschieden, so daß die Kegelhalbwinkel φ dieselben sind.

Die beschriebene Vorrichtung kann Nickelsuperlegierungspulver aus schmelzflüssigem Metall mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,15 kg/s erzeugen. Der Massenfluß des Kühlgases in den vier Kühlzonen I, II, III und IV nähert stufenweise die radiale Veränderung des aus dem schmelzflussigen Metall bei dessen Verarbeitung freigesetzten Wärmeflusses an. Eine engere Annäherung könnte selbstverständlich dadurch erzielt werden, daß zusätzliche Kreise von Wirbelrohren benutzt werden. Die Kosten des Hinzufügens zusätzlicher Kreise von Rohren machen jedoch jegliche Vorteile äunichte die sich durch das Erzielen einer besseren Anpassung zwischen dem Profil des von den Teilchen freigesetzten Wärmeflusses und dem radialen Massenf lußprofil des Kühlgases ergeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Herstellen von Metallpulver, gekennzeichnet durch:
ein .Gehäuse (10) ;

einen Teller (38), der innerhalb des Gehäuses (10) um eine Achse drehbar angeordnet ist;

eine Düsenplatte (14), die in dem Gehäuse (10) angeordnet ist;

eine Vorrichtung (24, 26), die einen Kühlfluidvertexlraum (28) auf einer Seite der Düsenplatte (14) begrenzt; eine Vorrichtung, die eine Abschreckkammer (22) auf der anderen Seite der Düsenplatte (14) begrenzt; und mehrere zylindrische Wirbelrohre (46), von denen jedes eine Wand (48) hat, die eine zylindrische Innenwandfläche (106) aufweist, wobei wenigstens ein erster Teil jedes Rohres (46) innerhalb des Verteilraums (28) angeordnet ist, wobei jedes Rohr eine Vorrichtung (47) zum Einlassen von Kühlfluid aus dem_eVerteilraum (28) in das Rohr und zum Erzeugen einer Wir-

belströmung des Fluids innerhalb des Rohres aufweist, wobei die Rohre jeweils einenKühlfluidauslaß (56) haben, der in die Abschreckkaramer (22) mündet, und wobei die Rohre (46) so aufgebaut, bemessen und angeordnet sind, daß sie ein gewünschtes Muster der Kühlfluidströmung aus den Auslassen (56) indie Abschreckkammer (22) um den Drehteller (38) herum erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (46) um den Umfang von mehreren konzentrischen Kreisen (a-e) angeordnet sind, die die Drehtellerachse als Mittelpunkt haben, um mehrere konzentrische Ringzonen von Kühlfluid zu erzeugen, die den Teller (38) umgeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Wirbelrohre (46) in jedem Kreis (a-e) und der Aufbau und die Größe jedes Rohres so gewählt sind, daß der Massenfluß des Kühlfluids in der Abschreckkammer (22) die radiale Veränderung des erwarteten Wärmeflusses, der durch das zu verarbeitende Metall freigesetzt wird, stufenweise annähert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verteilraum (28) eine gemeinsame Druckquelle und daß die Abschreckkammer (22) ein gemeinsamer Druckverbraucher für sämtliche Rohre (46) ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (47) zum Einlassen von Kühlfluid und zum Erzeugen einer Wirbelströmung des Fluids innerhalb jedes Rohres (46) wenigstens einen Schlitz (47A, 47B, 47C) in der Wand (48) des Rohres im wesentlichen tangential .zu der zylindrischen Rohrinnenwandfläche (106) zum Erzeugen der Kühlfluidströmung aus dem Verteilraum (28) in das Rohr im wesentlichen tangential zu der Rohrinnenwandfläche (106) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine als geschlossener Kreislauf ausgebildete Kühlfluidumwälzvorrichtung mit Vorrichtungen (30, 32) zum Einleiten von unter Druck stehendem Kühlfluid in den Verteilraum (28) , mit einer Vorrichtung (70) zum Abführen von Kühlfluid aus der Abschreckkammer (22), mit Vorrichtungen (80, 84) zum Entziehen der Wärme, die das Kühlfluid während des Betriebes der Vorrichtung aufgenommen hat,und mit einer Vorrichtung (82, 86) zum Umwälzen des Fluids.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rohrauslässe (56) oberhalb der Ebene des Tellers (38) befinden und daß die Rohre (46) so ausgerichtet sind, daß sie das Kühlfluid von den Auslässen (56) abwärts um den Teller (38) leiten.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (46) um den Umfang von mehreren konzentrischen Kreisen (a-e) angeordnet sind, die die Tellerachse als Mittelpunkt haben, daß die Vorrichtung (47) zum Einlassen von Kühlfluid und zum Erzeugen einer Wirbelströmung des Kühlfluids innerhalb jedes Rohres (46) Schlitze in der Wand (48) jedes Rohres im wesentlichen tangential zu der zylindrischen Rohrinnenwandfläche (106) zum Erzeugen der Kühlfluidströmung aus dem Verteilraum (28) in das Rohr (46) im wesentlichen tangential zu der Rohrinnenwandflache (106) aufweist, daß die Anzahl der Rohre (46) in jedemKreis und der Aufbau und die Größe jedes Rohres so gewählt sind, daß der Massenfluß des Kühlfluids in der Abschreckkammer (22) die radiale Veränderung des Wärmeflusses stufenweise annähert, von dem erwartet wird, daß er durch das zu verarbeitende Metall freigesetzt wird, und daß außerdem eine als geschlossener Kreislauf ausgebildete Kühlfluidumwälzvorrichtung vorgesehen ist mit T) einer Vorrichtung (30, 32) zum Einleiten von unter Druck stehendem Kühlfluid in den Sammelraum, 2) einer Vorrich-

tung (70) zum Abführen des Kühlfluids aus der Abschreckkammer (22), 3) Vorrichtungen (80, 84), die dem Kühlfluid Wärme entziehen, und 4)einer Vorrichtung (82, 86) zum Umwälzen des Fluids.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (46) so aufgebaut sind, daß sie sich erweiternde Kegel (100) wirbelnden Kühlfluids aus den Auslässen (56) in die Abschreckkanuner (22) erzeugen, und daß die Anzahl und die Anordnung der Rohre (46) so gewählt sind, daß jeder Fluidkegel (100) die Kegel aus benachbarten umgebenden Rohren in einem rechtwinkeligen Abstand von der Ebene der Auslässe (56) schneidet, der kleiner ist als der rechtwinkelige Abstand von dem Teller (38) zu der Ebene.